CZ2019435A3 - Mostní konstrukce pro mosty na pozemních komunikacích - Google Patents

Abstract

Mostní konstrukce pro mosty na pozemních komunikacích je tvořena nosníkem (1) složeným ze dvou typů betonových dílů uložených střídavě, s předpjatými lany (6) procházejícími jejich středem pro průběžné změny předpínací síly podle intenzity vnějšího zatížení. Mostní konstrukce obsahuje mostní nosník (1) sestávající z alespoň jedné řady devíti typových částí (2), (3), (4) uspořádaných za sebou. Nosník je uložen ve svých koncových dílech na podpěry (10) mostu, koncové části (4) plného průřezu jsou podepřeny podpěrou (10) a obě koncové části (4) jsou opatřeny kotvou (9). Nosník (1) sestává z pěti částí (2) s plným průřezem v lichoběžníkovém tvaru rozšiřujícím se směrem dolů a ze čtyř částí (3) v průřezu tvořících ze spodu otevřený rám lichoběžníkového tvaru, kde nosník (1) je symetrický kolem svého středu s jednotlivými typy dílů (2), (3), (4) uspořádanými symetricky od středu směrem ke stranám.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká mostní konstrukce pro mosty na pozemních komunikacích obsahující nosník složený ze dvou typů betonových dílů, střídavě uložených za sebou, jejichž středem prochází předpínací lana vedená v kabelu umožňující průběžně měnit velikost předpětí podle intenzity vnějšího zatížení. Mostní nosník je možné též upravit na potřebnou šířku.

Dosavadní stav techniky

V minulosti se pro výstavbu mostů používaly nosníky KA 73 na rozpětí 9, 12, 15, 18 m a dále nosníky I 73 na rozpětí 21, 24, 27, 30 m, a to až do roku 1992, pokud platily Typové podklady vypracované Dopravoprojektem Bratislava. Z těchto nosníků byla vybudována převážná část mostů u nás. Většina těchto prefabrikátů měla tvary typu „KA“ nebo „I“ (obr. 1).

Přibližně od r. 1992 se začaly objevovat nové typy prefabrikátů, které se používají dodnes. Jedná se o nosníky na malá rozpětí ZMP délky 3,6 až 9 m, nosníky Amos ze železového betonu maximální délky 16 m, nosníky délky MK-T 15 až 32 m (obr. 2a) z kabelového betonu, nosníky VSTI 9 až 35 m (obr. 2b) z kabelového betonu a nosníky T-93, které měly původně nahradit nosníky „KA“ a „I“ nosníky a jsou velmi podobné nosníkům MK-T. Pro větší rozpětí mostů se používají nosníky Petra 24 až 30 m (obr. 2c) i experimentálně na rozpětí přibližně 40 m. Jedná se rovněž o nosníky vyrobené z kabelového betonu sestávající z dílů, které se na stavbě dodatečně předpínají. Všechny mosty smontované z těchto prefabrikátů jsou opatřeny spřaženou železobetonovou deskou zpravidla v tloušťce 0,25 m, která nosníky spojuje v příčném řezu a rozkládá zatížení na jednotlivé nosníky.

Dosavadní tvary prefabrikátu byly požadovány v takovém uspořádání, aby neexistovaly žádné dutiny, ve kterých by se mohla držet voda. Předpjatá výztuž byla vedena zpravidla v kabelových kanálcích v parabolických drahách tak, aby předpětí působilo proti vnějšímu zatížení. Účinek předpětí se přizpůsoboval velikosti průběhu ohybových momentů, ale bylo nutno přihlédnout i k tloušťce stojiny či stěn z důvodu velikosti příčných sil vznikajících vlivem předpětí.

Na koncích nosníků je třeba rozmístit kotvy pokud možno rovnoměrně po výšce nosníku, aby bylo možné předpětí jednak realizovat, ale také zajistit působení výslednice sil od kabelů co možná nejblíže k těžišti průřezu z důvodu rovnoměrného rozložení tlaku od jednotlivých kabelů na celý průřez.

Patentový spis US 4631772 A popisuje strukturu napínacího oblouku pro použití u mostů, budov a jiných konstrukcí, které podporují zatížení napříč rozpětím, kde zatížení na rozpětí je přenášeno na koncové podpěry částečně přes tlakové síly tlakového prvku a částečně přes tažnou sílu napínacího prvku. Konstrukci tvoří koncové podpěry, ke kterým jsou upevněny napínací prvky s průhybem nesoucí vzájemně spojené tlakové prvky.

Nevýhody používaných nosníků spočívají především v tom, že po provedené montáži nosníků je třeba dodatečně vybetonovat koncové příčníky pro lepší roznos zatížení na jednotlivé nosníky. Jedná se o mokrý proces, při kterém se starší beton spojuje s betonem novým, což není výhodné a je poměrně pracné co do zhotovení bednění a provádění. Uvedené nosníky se velmi obtížně spojují se spodní stavbou v integrovaný most pro vytvoření konstrukce bez ložisek s malou údržbou. Síly v předpínacích kabelech musí odpovídat tloušťce stěny. Většinou se používá více kabelů o nižší silové intenzitě, což vede k většímu množství kotevního materiálu.

- 1 CZ 2019 - 435 A3

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky řeší mostní konstrukce obsahující nosník pro výstavbu mostů na pozemních komunikacích podle vynálezu, kde nosník tvoří nejméně jedna řada devíti dílů uspořádaných za sebou, sestávajících z pěti dílů plného průřezu lichoběžníkového tvaru rozšiřujícího se směrem dolů a čtyř dílů vylehčených v průřezu tvořících ze spodu otevřený rám lichoběžníkového tvaru rozšiřující se směrem dolů. Nosník je středově souměrný, kdy jednotlivé typy dílů jsou řazeny souměrně od středu ke stranám. Nosník sestává na každém konci z jednoho koncového dílu v délce 1,5 m; za tímto dílem z každého konce směrem ke středu následuje jeden díl v průřezu tvořící ze spodu otevřený rám lichoběžníkového tvaru v délce 5,88 m, za tímto dílem následuje z každého konce jeden díl plného průřezu lichoběžníkového tvaru v délce 0,5 m a dále následuje jeden díl v průřezu tvořící ze spodu otevřený rám v délce 5,88 m lichoběžníkového tvaru. Střed nosníku tvoří jeden díl plného průřezu lichoběžníkového tvaru v délce 0,5 m. Díly plného průřezu délky 0,5 m plní v nosníku funkci deviátoru (ztužidla).

Všechny díly nosníku jsou ve spodní části zevně opatřeny podél obou postranních stěn podélným okrajem tvořícím výstupek výšky minimálně 0,3 m. Všechny díly nosníku mají shodnou výšku, maximálně 1,10 m a celkovou šířku 1,44 m. Pomocí podélného výstupku po stranách dílu nosníku je možno měnit v určitém rozsahu i výšku nosníku v závislosti na výšce výstupku. Úpravou formy pomocí výplně je možno dosáhnout nižší výšky nosníku.

Otvorem ve střední části dílů plného průřezu je podélně všemi díly veden kabel tvořený lany, která jsou v dílech plného průřezu dodatečně předpjatá se soudržností a v dílech vylehčených v průřezu tvořících otevřený rám jsou lana volná, na povrchu chráněná proti korozi. Oba koncové díly plného průřezu jsou opatřeny kotvou, kterou prochází předpjatá lana kabelu. Předpínání může být provedeno buď na jednom konci nebo na obou koncích nosníku. Nosník je uložen ve svých koncových dílech na podpěry mostu. Plná část nosníku v délce 1,5 m lépe přenáší smykové namáhání, které se k podporám zvyšuje.

Montáží nosníků vedle sebe vznikne příčný řez mostní nosnou konstrukcí potřebné šířky podle požadovaného druhu komunikace. Na koncových dílech se pak spojí všechny řady nosníku příčným předpětím. Místo dosud prováděných koncových železobetonových příčníků se podle vynálezu použijí dvě varianty příčného spojení nosníků v koncových částech. Koncové díly plného průřezu se opatří v oblasti pod výstupkem ve stejné výšce po celé šířce dílu ocelovou pásnicí, ke které se připevní po celé šířce nosníku spojovací ocelové plechy tak, že každý plech překrývá spoj dvou sousedních dílů nosníku. Tím je zajištěno příčné spojení sousedních řad nosníku. Otvorem v sousedních koncových dílech plného průřezu též může v oblasti pod výstupkem procházet po celé šířce ocelová trubka. Podélné výstupky nosníku plného průřezu slouží pro zachycení příčných sil, které vzniknou od příčného předpětí.

Díly nosníku jsou vyrobeny z běžného, případně vysokohodnotného betonu, betonové díly nosníku jsou po obvodu stěn zevnitř opatřeny konstruktivními betonářskými výztužemi, zpravidla výztuží 10425 nebo 10505.

Betonářská konstruktivní výztuž je po délce nosníku umístěna dle konstruktivních zásad platných v Eurokodu případně je doplněna podle provedeného výpočtu. Hlavní nosnou výztuží jsou vysokopevnostní lana Lp 15,8 mm normální nebo popuštěná či stabilizovaná procházející podélně všemi díly nosníku v potřebném množství zjištěném výpočtem na únosnost a použitelnost. Počet lan a výšku vedení lan po délce nosníku je možno měnit s ohledem na intenzitu vnějšího zatížení. Kotvami umístěnými na koncových částech nosníků (čela nosníku) procházejí předpjatá lana v potřebném počtu stanoveném výpočtem. Volbu předpětí, velikost předpínací síly působící proti vnějšímu zatížení je možno upravit podle výpočtu dle zatížení nosníku.

Po montáži nosníku na podpěry se na povrch nosníku položí železobetonová spřažená

-2CZ 2019 - 435 A3 monolitická deska tloušťky 0,25 m, zesílená podélnými žebry obklopujícími nosník ze stran nebo vyplňujícími prostor mezi nosníky, pokud je jich více vedle sebe. Tím se zvýší celková tuhost mostní konstrukce. Navržený nosník má úsporný rámový tvar, který je možné upravit na potřebnou šířku. Výhodou je též možnost u nosníku operativně měnit velikost předpětí podle intenzity vnějšího zatížení, případně možnost jednoduše stanovit konstrukci jako plně předpjatou, omezeně předpjatou, nebo jako předpjatý železobeton.

Objasnění výkresů

Obr. 1: Schématické znázornění nosníků stavu techniky: a) KA-nosník b) I - nosník

Obr. 2: Schématické znázornění nosníků stavu techniky: a) nosník MKT b) nosník VSTI c) nosník PETRA

Obr. 3: Podélný řez nosníkem s vyznačením uspořádání dvou typů dílů, kterými prochází kabelové vedení lan a jeho ukotvení.

Obr. 4: Příčný řez A-A’ dle obr. 3 koncovým dílem nosníku s plným průřezem trapézového tvaru, otvorem pro podélné kabelové vedení, umístěním kotvy a otvorem pro vedení ocelové trubky přes celou šířku dílu.

Obr. 5: Příčný řez B-B' dle obr. 3 dílem nosníku v průřezu tvořícím otevřený rám trapézového tvaru s vyznačením umístění volného kabelu.

Obr. 6: Příčný řez C-C' dle obr. 3 dílem nosníku s plným průřezem trapézového tvaru plnícím funkci deviátoru a vyznačením otvoru pro podélné kabelové vedení.

Obr. 7: Podélný řez koncovým dílem nosníku s plným průřezem, v kterém je vytvořen otvor pro umístění trubky, vyznačení vedení lan a umístění podpěry.

Obr. 8: Příčný řez koncovými díly plného průřezu nosníků silnice Sil, 5/80 tvořené devíti nosníky, prostorem pro chodce a odrazným pruhem s vyznačením příčného spojení sousedních dílů nosníků pomocí ukotvené pásové oceli a přivařených spojovacích plechů.

Obr. 9: Příčný řez koncovými díly plného průřezu nosníků silnice Sil, 5/80 tvořené devíti nosníky, prostorem pro chodce a odrazným pruhem s vyznačením umístění trubky pro vytvoření příčného předpětí.

Obr. 10: Příčný řez vylehčenými díly nosníků silnice Sil, 5/80 tvořené devíti nosníky s železobetonovou deskou, prostorem pro chodce a odrazným pruhem.

Vynález je dále popsán pomocí příkladů uskutečnění, které však žádným způsobem neomezují jiná možná provedení v rozsahu patentových nároků.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Pro nosnou konstrukci mostu na silnici SI 1,5 /80, která navíc zajišťuje po pravé straně prostor 16 pro chodce a vlevo je podélně opatřena odrazným pruhem 17 (obr. 8, 10) je použito devět nosníků 1 podle vynálezu umístěných vedle sebe, opatřených spolupůsobící železobetonovou deskou 14 se zesilujícími žebry 15 vyplňujícími prostor mezi nosníky 1.

-3 CZ 2019 - 435 A3

Každý nosník 1 tvoří devět dílů 2, 3, 4 uspořádaných za sebou, sestávajících z pěti dílů 2, 4 plného průřezu lichoběžníkového tvaru rozšiřujícího se směrem dolů a čtyř dílů 3 vylehčených v průřezu tvořících ze spodu otevřený rám lichoběžníkového tvaru rozšiřující se směrem dolů (obr. 5). Nosník 1 je středově souměrný, kdy jednotlivé typy dílů 2, 3, 4 jsou řazeny souměrně od středu ke stranám. Nosník 1 sestává z jednoho koncového dílu 4 (obr. 4) na každém konci v délce 1,5 m, za kterým z obou konců směrem ke středu následuje jeden díl 3 v průřezu tvořící ze spodu otevřený rám lichoběžníkového tvaru v délce 5,88 m (obr. 5), za tímto dílem 3 následuje od konce jeden díl 2 plného průřezu lichoběžníkového tvaru v délce 0,5 m (obr. 6) a dále následuje jeden díl 3 v průřezu tvořící ze spodu otevřený rám v délce 5,88 m lichoběžníkového tvaru. Střed nosníku 1 tvoří jeden díl 2 plného průřezu lichoběžníkového tvaru v délce 0,5 m. Díly 2 plného průřezu délky 0,5 m plní v nosníku 1 funkci deviátoru (ztužidla). Všechny díly 2, 3, 4 nosníku 1 jsou ve spodní části zevně opatřeny podél obou postranních stěn podélným okrajem 5 tvořícím výstupek výšky 0,30 m. Podélné výstupky nosníku 1 plného průřezu slouží pro zachycení příčných sil, které vzniknou od předpětí. Všechny díly 2, 3, 4 nosníku 1 mají výšku 1,00 m a celkovou šířku 1,44 m. Otvorem 8 ve střední části dílů 2 a 4 je podélně veden všemi díly 2, 3 a 4 kabel tvořený deseti vysokopevnostními lany 6, 7 typu LP 15,8, která jsou v dílech 2 plného průřezu dodatečně předpjatá lana 6 se soudržností a v dílech 3 v průřezu tvořících otevřený rám jsou lana 7 volná, na povrchu chráněná proti korozi (obr. 3). Oba koncové díly 4 plného průřezu jsou opatřeny kotvou 9, kterou prochází předpjatá lana 6 kabelu. Předpětí je provedeno na obou koncích nosníku L Koncové díly 4 plného průřezu jsou zespodu podepřeny podpěrou 10 (obr. 7). Plné koncové díly 4 nosníku 1 v délce 1,5 m lépe přenáší smykové namáhání, které se k podporám zvyšuje.

Po montáži všech devíti nosníků 1 vedle sebe se provedlo jejich příčné spojení v koncových dílech 4. Koncové díly 4 plného průřezu jsou v oblasti pod výstupkem ve stejné výšce po celé šířce dílu opatřeny ocelovou pásnicí 11 rozměrů 200/300 dl. 1,40 m. Pásnice 11 jsou součástí koncových dílů 4 nosníku 1, uložily se do bednění nosníku 1. před jeho betonáží. Nosníky 1 se po montáži spojily pomocí ocelových plechů 12 rozměrů 150/30 mm dl 1,4 m přivalených k pásnicím 11 tak, že každý plech 12 překrýval spoj dvou sousedních dílů 4 nosníku 1. Tím je zajištěno příčné spojení sousedních řad nosníku L Nosník 1 je po celé horní ploše opatřen železobetonovou spřaženou deskou 14 zesílenou podélnými žebry 15 vyplňujícími prostor mezi díly 2, 3, 4 sousedních řad nosníku 1.

Příklad 2

U nosníků 1 konstrukce mostu na silnici SI 1,5 /80 podle příkladu 1 je příčné předpětí realizováno tak, že sousedními koncovými díly 4 plného průřezu v oblasti pod výstupkem prochází otvorem 13 po celé šířce nosníků 1. ocelová trubka (obr. 9). Trubka je vložena před betonáží nosníků 1. a její poloha a profil je u všech nosníků 1 stejná. Po montáži nosníků 1 byla protažena všemi trubkami příčná předpínací výztuž a pomocí kotev zabetonovaných na vnějším ozubu krajních nosníků 1 a předpínacího zařízení je realizováno příčné předpětí v koncových dílech 4 nosníků 1, kterým jsou nosníky 1 nejen spojeny, ale působí zde i přepínací síla, kterou jsou nosníky 1 stlačovány (příčné předpětí).

Průmyslová využitelnost

Mostní konstrukce má široké uplatnění, dle počtu nosníků může vytvářet příčné uspořádání pro vozovky s chodníky, s odraznými pruhy i pro mosty na dálnicích. Při určitém zesílení rámové části nosníku a vhodnou skladbou počtu nosníků pro šířkové uspořádání se předpokládá vytvoření nosníku i pro mosty drážní.

Claims (4)

1. Mostní konstrukce pro mosty na pozemních komunikacích, obsahující mostní nosník tvořený nejméně jednou řadou devíti dílů (2), (3), (4) uspořádaných za sebou, kde koncové díly (4) plného průřezu jsou zespodu podepřeny podpěrou (10) a oba koncové díly (4) jsou opatřeny kotvou (9), kterou prochází předpjatá lana (6) kabelu po celé délce nosníku (1), přičemž celý povrch nosníku (1) pokrývá železobetonová spřažená monolitická deska (14), vyznačující se tím, že nosník (1) sestává z pěti dílů (2) plného průřezu lichoběžníkového tvaru rozšiřujícího se směrem dolů a čtyř dílů (3) vylehčených v průřezu tvořících ze spodu otevřený rám lichoběžníkového tvaru rozšiřující se směrem dolů, přičemž je nosník (1) středově souměrný, kde jednotlivé typy dílů (2), (3), (4) jsou řazeny souměrně od středu ke stranám tak, že po koncovém dílu (4) plného průřezu lichoběžníkového tvaru v délce 1,5 m na každém konci následuje směrem ke středu z každého konce jeden díl (3) v průřezu tvořící ze spodu otevřený rám lichoběžníkového tvaru v délce 5,88 m, za tímto dílem (3) následuje jeden díl (2) plného průřezu lichoběžníkového tvaru v délce 0,5 m a dále následuje jeden díl (3) v průřezu tvořící ze spodu otevřený rám lichoběžníkového tvaru v délce 5,88 m, přičemž střed nosníku (1) tvoří jeden díl (2) plného průřezu lichoběžníkového tvaru v délce 0,5 m; všechny díly (2), (3), (4) nosníku (1) jsou ve spodní části zevně opatřeny podél obou postranních stěn podélným okrajem (5) tvořícím výstupek výšky minimálně 0,3 m a všechny díly (2), (3), (4) nosníku (1) mají shodnou výšku, maximálně 1,10 m a celkovou šířku 1,44 m, přičemž otvorem (8) ve střední částí všech dílů (2) a (4) je podélně veden všemi díly (2), (3) a (4) kabel tvořený 5 až 12 lany (6), (7), která jsou v dílech (2) plného průřezu dodatečně předpjatá lana (6) se soudržností a v dílech (3) v průřezu tvořících otevřený rám jsou lana (7) volná, na povrchu chráněná proti korozi, přičemž železobetonová spřažená monolitická deska (14) má tloušťku 0,25 maje zesílená podélnými žebry (15) obklopujícími nosník (1) z obou stran.

2. Mostní konstrukce podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosník (1) tvoří nejméně dvě řady devíti dílů (2), (3), (4) uspořádaných za sebou, kde na obou koncích jsou koncové díly (4) plného průřezu lichoběžníkového tvaru v oblasti pod výstupkem po celé šířce dílu (4) opatřeny ocelovou pásnicí (11), ke které jsou připevněny ocelové plechy (12) tak, že každý plech (12) překrývá spoj dvou sousedních nosníků (1) nebo koncovými díly (4) plného průřezu lichoběžníkového tvaru všech sousedních řad nosníku (1) prochází otvorem (13) v oblasti pod výstupkem po celé šířce nosníku (1) ocelová trubka a podélná žebra (14) železobetonové spřažené monolitické desky (14) vyplňují prostor mezi sousedními nosníky (1).

3. Mostní konstrukce podle nároků 1 až 2, vyznačující se tím, že díly (2), (3), (4) nosníku (1) jsou vyrobeny z běžného nebo vysokohodnotného betonu a po obvodu stěn jsou díly (2), (3), (4) zevnitř opatřeny konstruktivními betonářskými výztužemi.

4. Mostní konstrukce podle nároku 1 až 3, vyznačující se tím, že lana (6), (7) jsou typu Lp 15,8 mm normální, popuštěná nebo stabilizovaná.